Физиология спорта. Оптимизация спортивной деятельности Часть v оптимизация спортивной деятельности
 Скачать 1.93 Mb.
|
|
Витамин С Витамин С (аскорбиновая кислота) — наиболее частый "гость" в нашем рационе питания, однако может наблюдаться его дефицит у тех, кто курит, принимает пероральные противозачаточные средства, перенес операцию. Этот витамин необходим для образования и поддержания уровня коллагена — белка, содержащегося в соединительных тканях. Следовательно, он необходим для обеспечения здоровья костей, связок и кровеносных сосудов. Другие функции витамина С: участие в обмене аминокислот, синтезе некоторых гормонов, таких, как катехоламины (адреналин и норадреналин) и противовоспалительные корти- коиды и обеспечение абсорбции железа из кишечника. Многие люди также считают, что витамин С способствует процессу заживления ран, противодействует инфекционным и простудным заболеваниям и помогает в лечении простудных заболеваний. Значение витамина С для лечения заболеваний представляет особый интерес. Результаты исследований влияния дополнительного потребления витамина С, проведенных до настоящего времени, весьма противоречивы. Единым общим мнением ученых является то, что при отсутствии дефицита, дополнительное потребление витамина С не оказывает положительного влияния на уровень мышечной деятельности. Витамин Е Витамин Е содержится в мышцах и жирах. Его функции недостаточно хорошо изучены. Известно, что он усиливает активность витаминов А и С, предотвращая их окисление. Наиболее значительная его функция — антиокислительное действие. Он "разоружает" свободные радикалы (очень реактивные молекулы), которые в противном случае могли бы значительно повредить клетки, нарушая процессы обмена. Это также предот- вращает повреждение легких многочисленными загрязняющими веществами, которые мы вдыхаем. В последние годы витамин Е привлек к себе значительный интерес как потенциальный "чудодейственный" витамин, способный предотвратить или облегчить течение ряда заболеваний — мышечной дистрофии, ревматической атаки, коронарной болезни сердца, бесплодия, менструальных расстройств, самопроизвольных абортов. К сожалению, доказательств подобных действий мало. Вместе с тем, по последним данным, риск возникновения коронарной болезни сердца у людей, потребляющих более 400 мг витамина Е в день, понижен. Значительная часть спортсменов, очевидно, потребляет большие дозы этого витамина на основании предположения, что он положительно влияет на мышечную деятельность благодаря своей взаимосвязи с транспортом кислорода и энергообеспечением. Однако, по мнению специалистов, длительный прием витамина Е не улучшает спортивную деятельность. МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА Ряд неорганических соединений необходим для нормального функционирования клеток. Минеральные вещества составляют приблизительно 4 % массы тела. Высокие концентрации их в скелете и зубах. Вообще минеральные вещества можно обнаружить в любом участке тела, почти в каждой клетке, растворенными в жидкостях организма. Они могут быть представлены в виде ионов или в сочетании с различными органическими соединениями. Минеральные соединения, которые могут расщепляться (диссоциировать) на ионы, называются электролитами. Макроминералы — соединения, которые ежедневно необходимы организму в количестве более 100 мг. Значительно меньше требуется микроминералов, или микроэлементов. В табл. 15.5 приведены 17 основных минералов, их основные функции, признаки дефицита или избытка и рекомендуемые дозы. Спортсмены в значительно меньшей степени потребляют дополнительное количество минералов, по сравнению с витаминами. Это обусловлено тем, что минералам приписывают меньше свойств повышать работоспособность. Из большого числа минералов предметом исследований чаще всего являются кальций и железо. Кальций Из всех минералов в организме человека больше всего содержится кальция, который составляет около 40 % концентрации минералов. Кальций играет важную роль в развитии и сохранении здоровых костей, именно в костях его больше всего. Кроме того, он играет важную роль в передаче нервных импульсов, активации и регуляции проницаемости клеточной оболочки, что имеет большое значение для обменных процессов. Каль- ций необходим для обеспечения нормальной функции мышц. Вспомним из главы 2, что кальций находится в саркоплазматическом ретикулуме мышц и выделяется оттуда при стимуляции мышечных волокон. Он необходим для образования поперечных мостиков актин-миозина, обеспечивающих сокращение мышечных волокон. Достаточное количество кальция в организме необходимо для поддержания нормального состояния здоровья. Потребление недостаточного количества кальция приводит к его выделению из участков хранения в организме, особенно из костей. Это вызывает нарушение остеогенеза, проявляющееся в снижении плотности костей, что в конечном итоге приводит к остеопорозу, который чаще всего встречается у женщин после достижения климакса. К сожалению, влияние дополнительного потребления кальция мало изучалось, результаты немногочисленных исследований свидетельствуют, что его дополнительное потребление малоэффективно в случае достаточного потребления с пищей. Фосфор Фосфор тесно связан с кальцием. Его вклад в общее количество минералов в организме человека составляет приблизительно 22 %. Около 80 % этого количества фосфора соединяется с кальцием (фосфат кальция), обеспечивая прочность костей. Фосфор — неотъемлемая часть метаболизма, клеточной мембраны и буферных систем (поддержание постоянного рН крови). Как мы уже выяснили в главе 5, фосфор играет главную роль в биоэнергетических процессах, являясь важнейшим компонентом АТФ. Таблица 15.5. Потребности в минералах у мужчин и женщин Железо Железо — микроэлемент — содержится в организме человека в небольшом количестве (35 — 50 мг/кг массы тела). Оно играет исключительно важную роль в транспорте кислорода: железо необходимо для образования как гемоглобина, так и миоглобина. Гемоглобин, содержащийся в эритроцитах, связывается с кислородом в легких и транспортирует его в ткани тела кровью. Мио-глобин, содержащийся в мышцах, соединяется с кислородом и хранится в организме. Дефицит железа — довольно распространенное заболевание во всем мире. По оценкам специалистов, 25 % населения земного шара страдает дефицитом железа. Главная проблема, связанная с этим заболеванием, — железодефицитная анемия, характеризующаяся пониженными уровнями гемоглобина, что значительно ухудшает кис-лородтранспортную способность крови. Это приводит к утомлению, головным болям и т.п. Дефицит железа чаще всего наблюдается у женщин, которые теряют железо в период менструаций и беременности. Кроме того, женщины, как правило, потребляют меньше пищи и, следовательно, меньше железа, чем мужчины. Многие исследования посвящались изучению влияния железа. Концентрация гемоглобина в крови менее 11 г в 100 мл является признаком анемии. В то же время в США 22 % женщин в возрасте 17 — 44 лет имеют анемию, несмотря на нормальные уровни гемоглобина. Согласно результатам исследований, 22 — 25 % спортсменок и 10 % спортсменов страдают дефицитом железа. Эти цифры, по-видимому, несколько занижены. Риссер и соавт. обнаружили дефицит железа у более чем 31 % спортсменок США, студенток двух крупнейших университетов [23]. При дополнительном потреблении железа у тех, кто страдает его дефицитом, повышаются аэробные возможности. Потребление же дополнительного количества железа при отсутствии дефицита, видимо, не оказывает никакого влияния. Натрий, калий и хлор Натрий, калий и хлор содержатся во всех жидкостях и тканях организма. Натрий и хлор в основном находятся в жидкостях вне клеток и в плазме крови, тогда как калий — преимущественно в клетках. Избирательное размещение этих трех минералов обеспечивает разделение электрического заряда между нейроном и мембранами мышечных клеток. Следовательно, натрий, калий и хлор обеспечивают контроль мышечной деятельности с помощью нервных импульсов (см. главу 3). Кроме того, они отвечают за сохранение водного баланса, обеспечение осмотического равновесия, кислотно-щелочного равновесия (рН) и нормального ритма сердца. В рационе питания жителей Запада количество натрия достаточно, поэтому его дефицит встречается редко. Вместе с тем с потом выделяется большое количество этих трех минералов, поэтому при выполнении физической нагрузки в условиях повышенной температуры окружающей среды может произойти истощение их запасов. Рассматривая дисбаланс содержания минералов, мы, как правило, обращаем внимание на их дефицит. В то же время их избыток может оказывать отрицательное влияние. Например, избыток калия может привести к сердечной недостаточности! Индивидуальные потребности в натрии, калии и хлоре очень разнообразны, однако ни в коем случае не рекомендуется употреблять их в больших количествах. В ОБЗОРЕ... 1. Витамины выполняют множество функций в организме человека. Они обеспечивают нормальный рост и развитие. Многие витамины участвуют в обменных процессах, например в тех, которые приводят к образованию энергии. 2. Витамины A, D, Е и К являются жирорастворимыми. Они могут накапливаться в организме до токсичных уровней. Витамины С и В-комплекса —водорастворимые. Избыток этих витаминов экскретируется, поэтому их токсичные уровни встречаются крайне редко. Некоторые витамины В-комплекса участвуют в процессах образования энергии. 3. Макроминералы требуются организму человека в количестве свыше 100 мг в день. Микроминералы, или микроэлементы, необходимы организму человека в небольших дозах. 4. Минералы участвуют в многочисленных физиологических процессах — сокращении мышц, транспорте кислорода, балансе жидкости, биоэнергетических процессах. Минералы могут расщепляться на ионы, которые участвуют во многих химических реакциях. Поскольку минералы могут образовывать ионы, их часто называют электролитами. 5. Витамины и минералы, по-видимому, не способствуют повышению работоспособности. Потребление их в количестве, превышающем рекомендуемую дозу, не влияет на уровень физической деятельности. ВОДА Воду вряд ли можно считать питательным веществом, поскольку она не имеет калорической ценности. Вместе с тем она — вторая по значимости после кислорода. В организме молодого мужчины вода составляет около 60 % общей массы тела, в организме женщины — 50 %. Человек может выжить при потере 40 % жиров, углеводов и белков, однако потеря 9 — 12 % воды приводит к смерти. Потеря 9—12% общей массы тела воды может привести к смерти Компартменты жидкости организма человека показаны на рис. 15.5. Около 60 —65 % воды находится в клетках. Это — внутриклеточная жидкость. Остальное количество находится вне клеток. Это — внеклеточная жидкость. В нее входят тканевая жидкость, находящаяся вокруг клеток, плазма, лимфа и некоторые другие жидкости. Вода имеет большое значение для физической деятельности: эритроциты переносят кислород в активные мышцы с помощью плазмы крови, которая в основном состоит из воды; питательные вещества — глюкоза, жирные кислоты и аминокислоты — также транспортируются в мышцы плазмой; Масса тела среднего человека = 70 кг 60 % массы тела = Н20 (около 42 кг) Общее количество воды в организме = внутриклеточный объем + внеклеточный объем (около 42 кг) Внутриклеточный объем: 2/3 Н2О организма находится внутри клеток (около 28 кг) Внеклеточный объем: 1/3 Н20 организма находится за пределами клеток в виде плазмы, интерстициальной жидкости, лимфы и других жидкостей (около 14 кг) Рис. 15.5. Компартменты жидкости организма СО2 и другие промежуточные продукты метаболизма, покидая клетки, проникают в плазму, откуда и выводятся из организма; гормоны, регулирующие обменные процессы и мышечную деятельность, во время выполнения физической нагрузки транспортируются к своим мишеням плазмой крови; жидкости организма содержат буферные соединения, обеспечивающие нормальное рН при образовании лактата; вода способствует отдаче тепла, которое образуется при выполнении физической нагрузки; объем плазмы крови — главный показатель давления крови, а следовательно, и функции сердечно- сосудистой системы. В следующих разделах мы рассмотрим роль воды во время мышечной деятельности более подробно. В ОБЗОРЕ... 1. Вода— главное питательное вещество. Без воды человек умирает значительно быстрее, чем без любого другого питательного вещества. 2. Вода находится во внутриклеточном (внутри клеток) и внеклеточном (вне клеток) компартментах. Внеклеточная жидкость включает плазму, лимфу, тканевую жидкость и другие жидкости организма. 3. Наиболее важные функции воды: транспорт и доставка тканям различных веществ, регуляция температуры тела, поддержание нормального давления крови, обеспечивающего нормальное фун- кционирование сердечно-сосудистой системы. БАЛАНС ВОДЫ И ЭЛЕКТРОЛИТОВ Оптимальная мышечная деятельность во многом зависит от относительно постоянного содержания в организме воды и электролитов. К сожалению, во время физической нагрузки это часто нарушается. В следующих разделах мы рассмотрим баланс воды и электролитов, влияние на него физических нагрузок, а также влияние нарушения их баланса на мышечную деятельность. БАЛАНС ВОДЫ В СОСТОЯНИИ ПОКОЯ В состоянии покоя содержание воды в организме человека относительно постоянно, т.е. потребление воды равно ее выделению. Около 60 % ежедневного потребления воды обеспечивают различные напитки, 30 % — продукты питания. Остальные 10 % образуются в клетках организма в процессе обмена веществ (в главе 5 мы выяснили, что вода — промежуточный продукт окислительного фосфорилирования). В ходе обменных процессов образуется от 150 до 250 мл воды в день в зависимости от затрат энергии: чем выше ин- тенсивность метаболизма, тем больше образуется воды. Ежедневное потребление воды (из всех источников) составляет в среднем — 33 мл-кг"' массы тела. У человека с массой тела 70 кг (154 фунта) это составит 2,31 л в день. Потери воды осуществляются: 1) испарением с поверхности кожи; 2) испарением из дыхательных путей; 3) выделением из почек; 4) выделением из толстой кишки. Вода может проникать через кожу человека. Она диффундирует к поверхности кожи, откуда испаряется в окружающую среду. Кроме того, газы, которыми мы дышим, постоянно увлажняются водой, проходя по дыхательным путям. Эти два вида потерь воды происходят незаметно для нас. Поэтому они называются неощущаемыми потерями воды. В состоянии покоя при невысокой температуре окружающей среды они составляют около 30 % ежедневных потерь воды. Основные потери воды в состоянии покоя (60 %) обеспечивают почки, экскретирующие воду и продукты распада в виде мочи. В состоянии покоя почки выделяют около 50 — 60 мл воды в час. Еще 5 % воды теряется вследствие потения (часто эти потери воды рассматривают как неощущаемые) и еще 5 % выделяется из толстой кишки с фекалиями. На рис. 15.6 показаны источники потребления и выделения воды в состоянии покоя. Рис. 15.6 Источники потерь воды и пополнения ее запасов в состоянии покоя БАЛАНС ВОДЫ ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ Физическая нагрузка ускоряет потери воды. Способность тела отдавать тепло, образующееся при выполнении физической нагрузки, зависит главным образом от образования и испарения пота (табл. 15.6). С повышением температуры тела усиливается процесс потоотделения, направленный на предотвращение перегрева организма. Одновременно образуется больше воды вследствие усиленного окислительного метаболизма. К сожалению, ее количество, образующееся даже при самом максимальном усилии, лишь незначительно влияет на дегидратацию, обусловленную интенсивным потоотделением. В течение 1 ч интенсивной физической нагрузки человек с массой тела 70 кг может усвоить около 245 г углеводов. Это обеспечит образование около 146 мл воды. В то же время потери воды с потом могут превысить 1500 мл, т.е. окажутся в 10 раз больше. Тем не менее вода, образуемая при окислительном метаболизме, в определенной степени предотвращает дегидратацию. В мышцах марафонца во время соревнования образуется около 500 мл воды в течение 2 — Зч Таблица 15.6. Сравнение потерь воды организмом в состоянии покоя при невысокой температуре окружающей среды и при продолжительной интенсивной физической нагрузке В принципе количество образующегося во время физической нагрузки пота зависит от температуры окружающей среды, размеров тела и интенсивности метаболизма. Эти три фактора влияют на способность организма сохранять тепло и его температуру. Тепло переходит из более теплых участков в более прохладные, поэтому процесс отдачи тепла нарушается при высокой температуре окружающей среды. Важность размеров тела обусловлена тем, что более крупным людям требуется больше энергии, чтобы выполнить данное задание, поэтому для них характерна более высокая интенсивность обмена веществ, обеспечивающая образование большего количества тепла. Однако у них большая площадь поверхности тела, что обеспечивает образование большего количества пота и более значительное испарение. Увеличение интенсивности физической нагрузки повышает интенсивность обмена. Это увеличивает образование тепла, что, в свою очередь, усиливает потоотделение. Чтобы сохранить запасы воды во время выполнения физической нагрузки, организм ограничивает кровоснабжение почек, пытаясь таким образом предотвратить обезвоживание, однако зачастую этого оказывается недостаточно. При исключительно высоких физических нагрузках в условиях повышенной температуры окружающей среды организм может те- рять 2 — 3 л воды в час (более подробную информацию о потере организмом жидкости в условиях повышенной температуры окружающей среды можно найти в главе 11). Потери жидкости во время соревнований по марафону могут снижать содержание воды в организме на 6 — 10 %, несмотря на потребление жидкости ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ОРГАНИЗМА И ФИЗИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ Даже минимальные изменения содержания воды в организме могут отрицательно повлиять на физическую деятельность, требующую проявления выносливости. Без адекватного восполнения запасов жидкости толерантность к физической нагрузке заметно снижается при продолжительных видах мышечной деятельности вследствие потерь жидкости с потом. Исследования убедительно показывают отсутствие толерантности к продолжительной физической и тепловой нагрузке при обезвоживании организма [1, 7]. Бегуны на длинные дистанции, например замедляют темп бега почти на 2 % при потере массы тела на 1 % вследствие дегидратации. Бегун, способный пробежать 10 000 м за 35 мин в нормальном состоянии, пробежит эту дистанцию за 2 мин 48 с (на 8 % худший результат) при обезвоживании организма на 4 %. Влияние обезвоживания на деятельность сердечно-сосудистой и терморегуляторной систем можно легко предугадать. Потери жидкости приводят к снижению объема плазмы. Это обусловливает снижение давления крови, что, в свою очередь, уменьшает кровоснабжение мышц и кожи. В результате этих реакций увеличивается ЧСС. Поскольку кожный кровоток ограничен, нарушается процесс теплоотдачи и тело задерживает больше тепла. Таким образом, при обезвоживании организма более чем на 2 % массы тела, ЧСС и температура тела при выполнении физической нагрузки повышаются. Если обезвоживание достигает 4 — 5 % массы тела, способность выполнять продолжительную нагрузку аэробной направленности снижается на 20 — 30 %, как видно из рис. 15.7. Влияние обезвоживания на менее продолжительную физическую нагрузку аэробной направленности не столь значительно. Так, на мышечную деятельность продолжительностью всего несколько секунд, при которой АТФ образуется главным образом благодаря гликолитической системе и системе АТФ — КФ, дегидратация практически не влияет. Несмотря на некоторую противоречивость результатов, по мнению большинства специалистов, обезвоживание незначительно влияет на кратковременную мышечную деятельность взрывного типа анаэробной направленности (например, тяжелая атлетика). Борцы, как правило, намеренно подвергают свой организм обезвоживанию, чтобы получить преимущество в массе тела во время соревнований. Большинство осуществляют регидратацию накануне соревнований, испытывая лишь незна- чительное ухудшение работоспособности. Влияние обезвоживания на физическую деятельность демонстрирует табл. 15.7. 1 2 3 4 Обезвоживание организма, % |